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AMPK-ACC信号通路在酒精性脂肪肝脂质代谢中的研究

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 [摘要] 腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信号通路是调节细胞能量状态的中心环节,AMPK被称为“细胞能量调节器”【1】;乙酰辅酶A 羧化酶(ACC)是脂肪酸代谢的限速酶,参与脂肪酸的氧化及合成。在机体应激时,AMPK发生磷酸化并激活下游靶分子ACC,通过增强脂肪酸的β-氧化【2】,减少脂肪酸的合成而改善脂质代谢;这一机理可能与酒精性脂肪肝的发病过程相关,本文就AMPK-ACC信号通路在酒精性脂肪肝中脂质代谢的研究做一综述。
[关键词] AMPK, ACC,酒精性肝病,脂质代谢
酒精性脂肪肝(AFL)是长期大量饮酒导致的肝脏中毒性疾病,可逆转也可进展为肝纤维化等【3】。乙醇在肝细胞内通过氧化及其衍生物产生的毒性作用,引起脂质代谢障碍,导致脂质在肝脏中的堆积【4】。
1. AMPK、ACC生化特点和生理功能
1.1 AMPK结构特点、活性调节及生理功能
腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)广泛存在于真核生物的细胞中,属于丝/苏氨酸蛋白激酶,是由α、β和γ3个亚基组成的异源三聚体。其中,AMPK的α亚单位含有2个功能区:N末端是催化的核心部位,N端有172位点苏氨酸,此位点被激活时,AMPK即被活化;AMPK的β和γ亚单位起调节作用,β亚基有2个相同的保守区域,主要参与糖原的接合;AMPK的γ亚基是AMPK复合体接合ATP或AMP的部位。AMPK各亚基在组织中的分布不同,α1可表达于肾脏、肝脏、肺、心脏和脑组织等;α2主要分布于肝脏、骨骼肌和心脏。肝细胞中α1与α2表达相近,以α2表达相对较高。β1【5】在肝脏中高表达,在骨骼肌中低表达,而β2恰好相反。γ1、γ2广泛分布于各组织细胞,γ3只在骨骼肌中特异性表达。
AMPK的活性受机体能量状况等多因素调节,其中 AMP/ATP比值升高是激活AMPK 的经典途径;在组织缺血、缺氧、运动等情况下,细胞中ATP含量减少,AMP/ATP比值增加,导致AMPK 激活【6】;AMPK被激活后可增强肝脏、肌肉等组织对葡萄糖的摄取、脂肪的氧化作用及胰岛素的敏感性,并减少葡萄糖、胆固醇和甘油三酯的合成,即增强分解代谢,反之,则增强合成代谢。
1.2 ACC结构特点、活性调节及生理功能
乙酰辅酶A羧化酶(ACC)是存在于胞液中的生物素依赖的变构羧化酶,是脂肪酸代谢的限速酶,在脂肪酸的代谢过程中起着重要作用。ACC有两种亚型,即ACC1和ACC2,ACC1主要分布于脂肪合成活跃的组织,ACC2主要分布于脂肪分解活跃的组织,肝脏中ACC1、ACC2同时存在。ACC1定位于胞质中催化长链脂肪酸的合成,ACC2定位于线粒体膜上催化脂肪酸的氧化。研究表明,应用基因敲除等技术的试验揭示ACC1催化生成的丙二酸单酰辅酶A参与游离脂肪酸的合成,而ACC 2催化生成的丙二酸单酰辅酶A主要参与游离脂肪酸的氧化调节。ACC有复杂的调节体制,主要通过变构修饰与共价修饰调控脂肪代谢,共价修饰调控表现为可逆性磷酸化和去磷酸化【7】。机体的营养状态、激素水平、能量代谢水平等均可引起ACC活性调控变化。
2. AMPK-ACC信号通路与脂质代谢
AMPK-ACC信号通路在机体能量代谢、脂肪合成与氧化过程中具有重要的病理生理意义。研究结果表明,活化的AMPK通过直接磷酸化参与脂质代谢的酶类并调节这些酶基因的表达来调节酶的活性,从而改变脂质的代谢方向。AMPK的下游靶点之一ACC是脂肪酸代谢的限速酶,机体应激时,组织通过激活AMPK,而磷酸化ACC 的79 位点苏氨酸而使其失活【8】,促进脂肪酸氧化,降低血清游离脂肪酸(FFA)水平,减少脂肪在组织中的沉积,改善脂代谢【9】。Carson和Winder的体内试验结果也证明肝脏AMPK活化对ACC活性的影响,他们发现跑步在活化大鼠肝脏AMPK的同时,肝脏细胞ACC活性和丙二酸单酰辅酶A含量显著降低,进而抑制FFA合成。此外,ACC被AMPK磷酸化后失去活性,使体内丙二酰辅酶A合成减少,并激活肉毒碱棕榈酰转移酶-1(CPT-1),进而促进长链酯酰辅酶A从胞质进入线粒体的氧化,降低脂质在外周组织的沉积,增强了脂肪酸氧化作用【10】。研究表明,AMPK被激活后通过磷酸化ACC减少丙二酰辅酶A合成而上调CPT—l进而增加FFA转运和氧化来调节脂质代谢.
3 AMPK-ACC与AFL
正常肝组织中,肝脏细胞表达较多量的AMPK,调节能量平衡,当肝组织受损时,如人体摄入过量酒精时,肝组织表达AMPK被抑制,能量代谢则转向合成代谢【11】。
长期摄入大量酒精后会诱导机体肝损伤,乙醇及其衍生物共同作用于肝细胞,破坏肝细胞内氧化及抗氧化平衡,导致肝内脂质过氧化,乙醇氧化代谢过程中使肝内耗氧量增加, 细胞质内伴随大量辅酶I (NAD)被还原成还原型辅酶I(NADH ) , 使NAD+ /NADH 比值相应减弱而失衡, 依赖NAD+ /NADH氧化还原链的代谢过程(如葡萄糖的有氧氧化,脂肪酸的β氧化)受到抑制,使肝内脂肪酸代谢发生障碍, 游离脂肪酸(FFA)的氧化率下降,NADH 的增多又促进FFA的合成, 使脂肪在肝细胞堆积而发生脂肪变性, 最终导致酒精性脂肪肝(AFL)形成【12】。Garca等用含乙醇的流质饮食喂养大鼠, 发现肝细胞脂肪酸和三酰甘油的合成增加, 而脂肪酸氧化水平降低, 并伴有丙二酰辅酶A(MCoA)合成增加,CPT-1的活性降低【13】。CPT-1是脂肪酸活化的限速酶, 它将长链乙酰辅酶A 转运进入线粒体, 是脂肪酸B-氧化的前提条件, 此过程可被MCoA变构抑制【14】。过量的乙醇在肝脏的氧化过程中,抑制肝脏细胞的三羧酸循环,导致AMP/ATP的比值下降,AMPK活性受到抑制,AMPK对其下游靶分子ACC的磷酸化相应减少,使ACC活性相对增强,脂肪酸合成增加,体内MCoA合成增加,抑制CPT-1活性,相应地抑制了长链酯酰辅酶A从胞质进入线粒体的氧化,减弱脂肪酸的氧化作用,最终导致脂质在肝脏组织的沉积。
4.小结和展望
综上所述,AMPK-ACC通路是脂质代谢调节过程中重要的环节,在能量平衡中发挥了重要作用。激活的AMPK通过磷酸化抑制ACC活性,而ACC活性降低使丙二酰辅酶A的合成减少,降低对CPT-1的活性的抑制,从而增强脂肪酸氧化,减少脂肪酸的合成;这一机理为酒精性脂肪肝的治疗提供新的靶点。系列研究表明【15】AMPK-ACC信号通路在机体物质能量代谢过程中有重要作用,参与了糖尿病、高血脂、肥胖、MS、HUA等疾病的发生。因此我们需深入认识AMPK与ACC通路机制,为AFL等治疗开辟新的途径。
参考文献
[1]Rogers CQ,Ajmo JM,You M.Adiponectin and alcoholic fatty liver disease.IUBMB Life,2008,60(12):790-797

[2]林志健,张冰,刘小青等. AMPK-ACC信号通路与相关代谢疾病的研究进展.中国糖尿病杂志,2013,21(5):474-477

[3]周东方,魏峰,周俊英等. 腺苷酸激活蛋白激酶在大鼠酒精性肝病中的表达减少[J].基础医学与临床,2012,32(10):1154-1160

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作者:佚名
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